JP6935475B2 - Cutting material using laser pulse - Google Patents
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Description
本発明は、半導体材料を切断する方法及び、レーザーカッティング装置に関する。 The present invention relates to a method for cutting a semiconductor material and a laser cutting apparatus.
個片化及びスクライビングは、半導体産業では周知のプロセスであり、このプロセスではカッティング装置が、例えばシリコンを含むがそれに限定されない半導体ウェハなどのワークピースまたは基板を加工するのに使用される。本明細書を通して、「ウェハ」との用語は、これらすべての製品を包含するものとして使用される。個片化プロセス(例えば、ダイシング、シーバリング、クリービングとも呼ばれる)では、ウェハは、例えばウェハを個別のダイに個片化するために、完全に切断される。スクライビングプロセス(例えば、グルービング、スコアリング、ゴージング、ファーロウィングとも呼ばれる)では、チャネルまたは溝が、ウェハ内に切り込まれる。次いで、例えばカットチャネルに沿って物理的ソーイングを用いることによる完全な個別化などのその他のプロセスが適用されうる。代替的に、または追加的に、ドリリングプロセスを用いて穴がウェハに形成されうる。本明細書を通して、「カッティング」との用語は、個片化、スクライビング及びドリリングを包含するものとして使用される。 Fragmentation and scribing are well-known processes in the semiconductor industry, in which cutting equipment is used to process workpieces or substrates such as semiconductor wafers, including but not limited to silicon. Throughout this specification, the term "wafer" is used to cover all of these products. In an individualization process (also referred to as, for example, dicing, shelving, cleaving), the wafer is completely cut, for example, to individualize the wafer into individual dies. In the scribing process (eg, also called grooving, scoring, gorging, farrowing), channels or grooves are cut into the wafer. Other processes may then be applied, such as complete individualization by using physical sewing along the cut channel. Alternatively or additionally, holes can be formed in the wafer using a drilling process. Throughout this specification, the term "cutting" is used to include fragmentation, scribing and drilling.
しかし、小型化における半導体技術全体のトレンドは、ウェハの厚さを低減することであり、ウェハの厚さが低減されるため、機械的ソーイングを用いるよりも、レーザー技術が個片化についてより有利になることが示されつつある。そのような材料加工のための高パワーレーザーを活用することは、例えばドリリングやソーイングなどの対応する機械的手段と比較して顕著に有利であり、レーザー加工は、小さく破損しやすいワークピースを処理するうえで大きな多用途性を有する。 However, the overall trend of semiconductor technology in miniaturization is to reduce the thickness of the wafer, which reduces the thickness of the wafer, so laser technology is more advantageous for individualization than using mechanical sewing. Is being shown to be. Leveraging high power lasers for such material machining is a significant advantage compared to corresponding mechanical means such as drilling and sewing, and laser machining treats small and fragile workpieces. It has great versatility in doing so.
半導体材料のレーザーによる除去は、レーザービームが集光された比較的小さい領域の急速な温度上昇に起因して発生し、局所的な材料を溶融し、爆発的に沸騰させ、蒸発及び除去される。レーザー個片化は、プロセススループットとワークピース(ダイ)の品質との間の繊細なバランスを含む、困難な要求を有する。プロセスの品質及びスループットは、流束量、パルス幅、反復率、偏光の分布などの偏光、波面形状並びに位相改善及び波長などのレーザーパラメータによって決定される。例えば特許文献1には、複数ビームのレーザーによるカッティング手法を使用することが提案されており、レーザースポットの線形アレイに配置されうる集束レーザービームの線形クラスターが、スクライブラインに沿って基板材料を除去し、基板を除去の線に沿って放射的に切断するために使用される。単一の(より強力な)ビームとは反対に、このように複数のビームを使用することは、様々な利点、特に、カッティングプロセス中に生じる欠陥密度を低減するという利点を提供しうる。
Laser removal of semiconductor materials occurs due to a rapid temperature rise in a relatively small area where the laser beam is focused, melting local materials, explosively boiling, evaporating and removing them. .. Laser disassembly has challenging requirements, including a delicate balance between process throughput and workpiece (die) quality. Process quality and throughput are determined by polarization such as flux volume, pulse width, repetition rate, polarization distribution, wavefront shape and laser parameters such as phase improvement and wavelength. For example,
レーザープロセス品質の定量評価の1つは、ダイまたはウェハの破壊強度であり、これは、ウェハが破損するときの引張応力を決定する。通常、一軸性破壊試験が、脆性材料の破壊強度の決定のために採用され、ウェハ強度測定に適合されてきた。これらの試験は、3点および4点曲げ試験を含み、これは、通常、破壊強度を測定するために使用される。 One of the quantitative assessments of laser process quality is the fracture strength of the die or wafer, which determines the tensile stress when the wafer breaks. Uniaxial fracture tests have typically been adopted to determine the fracture strength of brittle materials and have been adapted to wafer strength measurements. These tests include 3-point and 4-point bending tests, which are typically used to measure fracture strength.
レーザー分離されたウェハの破壊強度は、微小クラックやチップアウトなど、ウェハのレーザー個片化プロセス後に現れるレーザーで導入された欠陥のレベルに依存するものと考えられている。これらの欠陥は、バルク半導体材料と、局所的なレーザー加工領域との間の界面における高い応力によって発生する。高い応力は、プロセス中に生じる音響衝撃波及び、ダイの加工側壁の化学的変化によるバルクと加工領域との間の高い温度勾配によって生じる。そのような欠陥を含む半導体材料の領域は、通常、「熱影響領域」と呼ばれる。破壊強度は、典型的には、ウェハの前面と背面で異なり、実際に、顕著に背面と上面の強度が異なる結果となりうる技術、プロセス及びウェハレイアウトが存在する。 The fracture intensity of the laser-separated wafer is believed to depend on the level of laser-introduced defects that appear after the laser fragmentation process of the wafer, such as microcracks and chip-outs. These defects are caused by high stresses at the interface between the bulk semiconductor material and the local laser machined area. High stresses are caused by acoustic shock waves generated during the process and high temperature gradients between the bulk and the machining area due to chemical changes in the machining sidewalls of the die. The region of the semiconductor material containing such defects is commonly referred to as the "heat-affected region". Fracture strength typically differs between the front and back of the wafer, and in fact there are techniques, processes and wafer layouts that can result in significantly different back and top strengths.
超短パルス(Ultrashort Pulse,USP)レーザーにおける近年の発展により、これらのレーザーの時間的パルス幅は固体における電子−フォノン緩和の典型的な時間よりも短いため、ウェハ加工をより繊細に行うことができるようになっており、電子−フォノン緩和は、光励起された電子から格子への熱輸送の原因となり、パルス幅は、加工される具体的な材料に応じて1から10ps未満である。USPレーザーは、材料のダイ強度の改善をもたらすことができるが、そのようなUSPレーザーを用いたウェハ加工システムの生産性は、例えば熱拡散が導入される相互作用体積がより小さいことを含む多くの理由によって減少する。 Due to recent developments in ultrashort pulse (USP) lasers, the temporal pulse width of these lasers is shorter than the typical time for electron-phonon relaxation in solids, allowing more delicate wafer processing. Electron-phonon relaxation causes heat transport from the photoexcited electrons to the lattice, and the pulse width is from 1 to less than 10 ps, depending on the specific material being machined. Although USP lasers can provide improved die strength of materials, the productivity of wafer processing systems using such USP lasers often includes, for example, a smaller interaction volume into which thermal diffusion is introduced. Decreases due to the reason.
レーザー加工速度及び、したがって生産性を増大するために、連続するパルス間の時間t1が、連続するバースト間の時間t2、すなわち連続するバーストの第1のパルスp1の間の時間よりも短いがレーザーパルス幅Δτよりも長いように、レーザー光源によって放出されるレーザーパルスの2つの反復期間または「バースト」が存在するようなレーザーパルスの構成が提案されている。バーストは、期間t2内にグループ化された整数n個のレーザーパルスpnである。 To increase laser processing speed and thus productivity, the time t 1 between successive pulses is greater than the time t 2 between consecutive bursts, i.e. the time between the first pulse p 1 of the continuous bursts. A laser pulse configuration has been proposed such that there are two iteration periods or "bursts" of the laser pulse emitted by the laser source so that it is shorter but longer than the laser pulse width Δτ. Bursts are grouped integer of n laser pulses p n in the period t 2.
数十MHz(約10000から約90000kHz)程度の反復率(すなわち1/t1)での超短レーザーパルスのバーストによるダイシングは、個別のレーザーパルスを用いた加工と比較して、材料の除去がより効率的になることが示されてきた。しかし、これらの反復周波数でパルスによって生じる熱負荷は、単一パルスの使用と比較したときに、ダイ強度の減少をもたらす。 Dicing with a burst of ultra-short laser pulses at a repetition rate (ie 1 / t 1 ) of several tens of MHz (about 10,000 to about 90,000 kHz) removes material compared to processing using individual laser pulses. It has been shown to be more efficient. However, the heat load caused by the pulses at these repeating frequencies results in a reduction in die strength when compared to the use of a single pulse.
バーストモード構成は、生産性の向上をもたらしうることが示されている。しかし、この向上は、個片化された半導体ダイのダイ強度を、この方法を用いて製造されたダイが現在の市場の要求に応じない可能性がある程度まで、低下させることとなる。ダイ強度は、インキュベーション効果、すなわち材料内の損傷及び温度の蓄積の累積効果のために、実質的に低下することが示されている。 Burst mode configurations have been shown to lead to increased productivity. However, this improvement will reduce the die strength of the fragmented semiconductor dies to some extent that the dies manufactured using this method are unlikely to meet the demands of the current market. Die strength has been shown to be substantially reduced due to the incubation effect, i.e. the cumulative effect of damage and temperature accumulation within the material.
本発明は、ウェハまたはダイ強度の改善及び生産性の向上の両方をもたらす、改善されたレーザーカッティング法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an improved laser cutting method that provides both improved wafer or die strength and improved productivity.
本発明によれば、この目的は、顕著に高いパルス反復周波数を有する一連のレーザーパルスのバーストを実施することによって達成される。 According to the present invention, this object is achieved by performing a burst of a series of laser pulses with a significantly higher pulse repetition frequency.
0.1GHz(100MHz)から5000GHz(5THz)の範囲のパルス反復周波数を有するバーストモードの使用は、熱拡散によって溶融された材料領域からバルクへと有効な熱輸送が行われる前に、相対的に高温の材料が蒸発され、材料全体の温度は低下し、または少なくとも実質的に上昇しない、いわゆる「アブレーション冷却」効果で材料除去の効率をさらに促進する。この範囲のパルス反復周波数を有するレーザーパルスのバーストで半導体ウェハをダイシングすることは、生産性(すなわちより高い材料除去効率)及びダイ強度の両方の増大をもたらす。これは2つの因子に起因する。 The use of burst mode with pulse repetition frequencies in the range of 0.1 GHz (100 MHz) to 5000 GHz (5 THz) is relative to the use of burst mode before effective heat transfer from the material region melted by thermal diffusion to the bulk. The efficiency of material removal is further enhanced by the so-called "ablation cooling" effect, in which the hot material evaporates and the temperature of the entire material does not decrease, or at least not substantially increase. Dicing a semiconductor wafer with a burst of laser pulses having a pulse repetition frequency in this range results in an increase in both productivity (ie, higher material removal efficiency) and die strength. This is due to two factors.
i)バースト内の個々のパルスの全エネルギーが、ある特定の最適な単一パルスエネルギーに等しく、レーザーパルスがターゲット内に入射する際に生じるレーザー誘導衝撃波の強度が劇的に抑制されるように、各バースト内の単一のパルスのエネルギーが低下れなければならない。衝撃波は、欠陥形成の原因の1つであり、結果としてダイ強度が低下する。 i) So that the total energy of the individual pulses in the burst is equal to a particular optimal single pulse energy and the intensity of the laser-guided shock wave generated when the laser pulse enters the target is dramatically suppressed. , The energy of a single pulse within each burst must be reduced. The shock wave is one of the causes of defect formation, and as a result, the die strength is lowered.
ii)熱拡散が、アブレーション冷却機構によって抑制され、ダイ強度に影響を与える重大な因子の1つである熱の影響を受ける領域の大きさが低下する。より詳細には、ターゲットへの熱負荷が、衝撃波の形成及び材料のバルクへの望ましくない熱輸送よりも、バーストにおける一連のレーザーパルスのエネルギーの材料アブレーションへの効率的な変換によって低減される。熱負荷のこの低減は、再固化されたレーザー照射領域を低減し、これは材料の構造的欠陥の発生及び亀裂形成を最小化する。 ii) Thermal diffusion is suppressed by the ablation cooling mechanism, reducing the size of the area affected by heat, which is one of the significant factors affecting die strength. More specifically, the heat load on the target is reduced by the efficient conversion of the energy of a series of laser pulses into material ablation in the burst, rather than the formation of shock waves and the undesired heat transfer of the material to the bulk. This reduction in heat load reduces the resolidified laser irradiation area, which minimizes the occurrence of structural defects and the formation of cracks in the material.
さらに、そのような方法は、例えば、個々の単一のパルスのエネルギーチューニング(バースト整形)とともに、偏光及び複数ビーム構成の使用、ビーム整形に柔軟性を許容する。そのような柔軟性は、プロセスを特定の目的のために最適に調整することを可能にする。 In addition, such methods allow flexibility in the use of polarization and multiple beam configurations, beam shaping, for example, along with energy tuning (burst shaping) of individual single pulses. Such flexibility allows the process to be optimally tuned for a particular purpose.
したがって、100MHzから5THzの間のバーストモードパルス反復周波数が使用されると、レーザーダイシングプロセスの生産性及び半導体デバイスのダイ強度は、MHz及びkHzのバーストモードパルス反復周波数と比較して増大する。 Therefore, when burst mode pulse repetition frequencies between 100 MHz and 5 THz are used, the productivity of the laser dicing process and the die intensity of the semiconductor device increase compared to the burst mode pulse repetition frequencies of MHz and kHz.
本発明の第1の態様によれば、半導体材料にレーザーエネルギーを照射することによって、半導体材料をカッティングする方法であって、
i)レーザービームの連続するパルスを放出するように適合されたレーザー光源を提供する段階と、
ii)レーザー光源からレーザービームパルスを放出する段階と、
iii)カットされる半導体材料に照射するために、放出されたレーザービームパルスを案内する段階と、
iv)カッティングラインに沿って半導体材料をカットするために、半導体材料を照射するレーザービームパルスに対して移動させる段階と、を含み、
レーザー光源が、100ピコ秒以下のパルス幅を有するレーザービームパルスを放出するように適合され、
段階iii)において、半導体材料が、0.1GHzから5000GHzの範囲のパルス反復周波数で、複数のレーザービームパルスで照射される、半導体材料をカッティングする方法が、提供される。
According to the first aspect of the present invention, it is a method of cutting a semiconductor material by irradiating the semiconductor material with laser energy.
i) To provide a laser light source adapted to emit a continuous pulse of a laser beam, and
ii) The stage of emitting a laser beam pulse from a laser light source and
iii) In order to irradiate the semiconductor material to be cut, the stage of guiding the emitted laser beam pulse and
iv) Including a step of moving the semiconductor material with respect to a laser beam pulse irradiating the semiconductor material in order to cut the semiconductor material along the cutting line.
A laser light source is adapted to emit a laser beam pulse with a pulse width of 100 picoseconds or less.
In step iii), a method of cutting a semiconductor material is provided in which the semiconductor material is irradiated with a plurality of laser beam pulses at pulse repetition frequencies in the range of 0.1 GHz to 5000 GHz.
有利には、複数のレーザービームパルスが、少なくとも2つの連続するパルスのバースト内で放出され、各バーストが複数のレーザービームパルスを含むが、これは本発明に対して必須ではない。 Advantageously, multiple laser beam pulses are emitted within bursts of at least two consecutive pulses, each burst containing multiple laser beam pulses, which is not essential for the present invention.
本発明の第2の態様によれば、第1の態様の方法を実施するためのレーザーカッティング装置が提供される。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a laser cutting device for carrying out the method of the first aspect.
本発明の第3の態様によれば、レーザービームの連続するパルスを放出するように適合されたレーザー光源であって、各レーザービームパルスが100ピコ秒以下のパルス幅を有する、レーザー光源と、
カットされる半導体材料を照射するために、レーザー光源からのレーザービームパルスを方向付けるためのレーザービーム案内アセンブリと、
半導体材料及び照射するレーザービームパルスを相対的に移動させるための駆動アセンブリと、を含む、半導体材料をカッティングするためのレーザーカッティング装置が提供される。
According to a third aspect of the present invention, a laser light source adapted to emit continuous pulses of a laser beam, wherein each laser beam pulse has a pulse width of 100 picoseconds or less.
A laser beam guidance assembly for directing laser beam pulses from a laser source to illuminate the semiconductor material to be cut,
A laser cutting apparatus for cutting a semiconductor material is provided, including a drive assembly for relatively moving the semiconductor material and the laser beam pulse to be irradiated.
本発明の他の具体的な態様及び特徴は、添付される特許請求の範囲において記述される。 Other specific aspects and features of the present invention are described in the appended claims.
これから、本発明が、添付する図面(スケール通りではない)を参照して説明される。 The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings (not on scale).
本発明は、これから図1を参照することによって例示され、図1は、パルスレーザー光源によって発せられうるような、複数のレーザービームパルスを含む出力レーザービームプロファイルを概略的に示す。図1において、2つの連続的なバースト、すなわちバーストx及びそれに続くバーストx+1が、時間(x軸)に対する強度(y軸)のプロットに示されている。単純化及び一般化のため、強度は任意の単位(arbitrary units,a.u.)で与えられる。 The present invention will be exemplified by reference to FIG. 1, which schematically shows an output laser beam profile containing a plurality of laser beam pulses, such as those which can be emitted by a pulsed laser light source. In FIG. 1, two consecutive bursts, namely burst x and subsequent burst x + 1, are shown in the intensity (y-axis) plot with respect to time (x-axis). For simplification and generalization, intensities are given in arbitrary units (arbitrary units, a.u.).
複数のレーザービームパルスのそれぞれは、それぞれあるパルスエネルギーを有し、図1には示されていないが、複数のレーザービームパルスのうち第1のレーザービームパルスのパルスエネルギーが、複数のレーザービームパルスのうち第2のレーザービームパルスに対して異なるパルスエネルギーを有するように、レーザー光源が任意選択的に制御されうる。図示されるように、連続するパルス間の時間t1は、連続するバーストの第1のパルスp1の間の時間t2よりも短いが、レーザーパルス幅Δτよりも長いように、レーザービームパルスの2つの連続する反復期間またはバースト(バーストx、バーストx+1)が存在する。本発明によれば、レーザービームパルス幅Δτは100ピコ秒以下である。 Each of the plurality of laser beam pulses has a certain pulse energy, and although not shown in FIG. 1, the pulse energy of the first laser beam pulse among the plurality of laser beam pulses is a plurality of laser beam pulses. The laser light source can be arbitrarily controlled so as to have different pulse energies with respect to the second laser beam pulse. As shown, the time t 1 between successive pulses is shorter than the time t 2 between the first pulses p 1 of the continuous burst, but longer than the laser pulse width Δτ, so that the laser beam pulse. There are two consecutive repetition periods or bursts (burst x, burst x + 1). According to the present invention, the laser beam pulse width Δτ is 100 picoseconds or less.
バーストは、期間t2内にグループ化された整数n個のレーザーパルスpnである。バースト内のレーザービームパルスの周波数である、パルス反復率またはバースト内周波数は、1/t1で与えられる。連続するバースト(バーストx、バーストx+1)内の第1のレーザービームパルスp1の発生の周波数である、バースト間周波数は、1/t2で与えられる。第1のバーストxの最後のパルスpnは、次のバーストx+1の第1のパルスp1から時間間隔t3だけ隔てられている。もしt3=t1であれば、バーストx、x+1はこの図では区別できなくなり、ただ1つの中断のないバーストであるように見えることは注意すべきである。2つのバーストx、x+1が図1に示されているが、本発明は、単一のバーストから、バーストの連続的な適用まで、任意の数のバーストを用いて適用されうる。図1に示されるように、各バースト内のパルスは、類似する強度及び周波数を有するが、前述のように、別の実施形態は、異なるパルスまたはバーストのプロファイルを有しうる。 Bursts are grouped integer of n laser pulses p n in the period t 2. Is the frequency of the laser beam pulses within a burst, pulse repetition rate or burst frequency is given by 1 / t 1. Successive bursts (burst x, burst x + 1) is the frequency of the first laser beam pulse p 1 of the occurrence of the burst between the frequencies is given by 1 / t 2. The last pulse p n of the first burst x + 1 is separated from the first pulse p 1 of the next burst x + 1 by a time interval t 3. It should be noted that if t 3 = t 1 , bursts x, x + 1 are indistinguishable in this figure and appear to be just one uninterrupted burst. Although two bursts x, x + 1 are shown in FIG. 1, the present invention can be applied with any number of bursts, from a single burst to a continuous application of bursts. As shown in FIG. 1, the pulses within each burst have similar intensities and frequencies, but as mentioned above, other embodiments may have different pulse or burst profiles.
本発明の具体的な実施形態によれば、
i)バースト内の複数のレーザービームパルスは、100MHz(0.1GHz)から5THz(5000GHz)、任意選択的に500MHz(0.5GHz)から50GHzの範囲のパルス反復周波数1/t1及び、100ps未満のパルス幅Δτを有する。
According to a specific embodiment of the present invention
i) Multiple laser beam pulses in a burst have pulse repetition frequencies 1 / t 1 in the range of 100 MHz (0.1 GHz) to 5 THz (5000 GHz), optionally 500 MHz (0.5 GHz) to 50 GHz, and less than 100 ps. Has a pulse width of Δτ.
ii)複数のレーザービームパルスは、少なくとも1つのパルスのバースト内で放出され、好適には少なくとも2つの連続するパルスのバースト内で放出され、各バーストは複数のレーザービームパルスを含む。 ii) Multiple laser beam pulses are emitted within bursts of at least one pulse, preferably within bursts of at least two consecutive pulses, each burst comprising multiple laser beam pulses.
iii)各バーストは、2から100000レーザービームパルス(すなわち、nが2から100000の範囲である)、任意選択的には2から1000レーザービームパルスを含みうる。 iii) Each burst may include 2 to 100,000 laser beam pulses (ie, n is in the range of 2 to 100,000), optionally 2 to 1000 laser beam pulses.
iv)連続するバースト内の第1のレーザービームパルスの周波数である、バースト間周波数1/t2は、0.1kHzから1000kHzの範囲であり、任意選択的に、1kHzから100kHzの範囲内である。 iv) The inter-burst frequency 1 / t 2 , which is the frequency of the first laser beam pulse in a continuous burst, is in the range of 0.1 kHz to 1000 kHz and optionally in the range of 1 kHz to 100 kHz. ..
v)バーストの最後のレーザービームパルス及び、それに続くバーストの第1のレーザービームパルスは、10msから1μsの範囲の時間間隔t3だけ隔てられている。 v) the burst last laser beam pulses and the first laser beam pulses of the burst subsequent is separated from 10ms by a time interval t 3 in the range of 1 [mu] s.
本発明の方法を実施するのに適したレーザーカッティング装置10は、図2に概略的に示されている。
A
半導体材料、本発明では半導体ウェハ11は、チャック13上に支持されている。チャック13及び、すなわちウェハ11は、駆動部14によって使用時に駆動され、ウェハ11と照射レーザー光(後述する)との間の相対運動が存在する。超短パルスレーザー光源15は、前述のようなタイミングスケジュールに従って偏光レーザービーム16のパルスを出力するように適応される。レーザー光源15は、100ピコ秒以下のパルス幅Δτを有するレーザービームパルス、すなわちパルスレーザービーム16を出力するように動作可能である。パルスレーザービーム16は、アセンブリによってウェハ11に案内される。より詳細には、ミラー17が、ビーム16を案内し、減衰器/シャッター18がビームを制御する。本明細書ではモーター駆動される半波板19の形態である、選択的に作動可能な光学偏光素子が、パルスレーザービーム16との相互作用のために、選択的に移動可能であるように設けられる。好適には、半波板19は、レーザービーム軸の周りの回転に関して取り付けられる。したがって、半波板19を選択的に回転することにより、レーザービーム16の偏光状態が切り替えられるように制御されうる。選択的な移動は、コンピュータ、プロセッサなどの制御手段(図示されない)によるモーターの制御された動作によって実行される。別のミラー20は、幅を広げられたビームを生成するために、パルスレーザービーム16をビーム拡張器21に案内する。回折光学素子(Diffractive Optical Element,DOE)22は、幅を広げられたビームを、空間的に離隔された出力サブビームの所定のパターンに回折または分割し、これらはレンズ23によってコリメートされる。さらなるミラー24、25は、サブビームを空間フィルター26に案内し、これは望ましい所定のビームパターンを形成するために使用される。第2のレンズ27は、サブビームを別のミラー28に向け、これは今度はサブビームを集光レンズ29に案内する。これは、レーザー光を支持チャック13上のウェハ11に、照射スポットの所定のパターンに集光する。ウェハを照射パルスレーザービーム16に対して移動することにより、レーザービームパルスが照射され、そのためウェハ11を切断線(図示されない)に沿って切断する。
The semiconductor material, the
切断される半導体材料及び、カッティング動作の種類(グルービング、個片化など)に応じて、連続するバースト間のレーザービームパルス特性を変更することが有利でありうる。例えば、レーザー光源15の適切な制御により、連続するバーストは、異なるパルス反復周波数を有しうる。代替的に、または追加的に、例えば、第1のバースト内のパルスのパルスエネルギーが第2または後続のバースト内のパルスのパルスエネルギーと異なるように、レーザー光源を制御することによって、連続するバーストにおいて輸送されるエネルギーが異なるものとしてもよい。
It may be advantageous to change the laser beam pulse characteristics between successive bursts depending on the semiconductor material to be cut and the type of cutting operation (grooving, individualization, etc.). For example, with proper control of the
代替的に、または追加的に、放出されたレーザービームパルスの偏光は、異なるバーストのレーザービームパルスが異なるレーザービーム偏光状態を有するように、例えば半波板19の選択的な回転によって制御されてもよい。例えば、バーストxのレーザービームパルスは、例えばカッティングラインに対して平行または垂直な線形偏光を有してもよく、その一方、バーストx+1のレーザービームパルスは、バーストxのレーザービームパルスの偏光に対して直交する偏光方向を有して線形的に偏光されてもよい。1つまたは複数のバーストのレーザービームパルスを、例えばレーザービーム16の経路内に四分の一波長板(図示されない)を選択的に適用することによって、円または楕円偏光させることもできる。
Alternatively or additionally, the polarization of the emitted laser beam pulses is controlled, for example, by the selective rotation of the
前述のように、DOE22は、ビーム16を所定のパターンの出力レーザーサブビームに回折するために使用されてもよく、これは、空間フィルター26と組み合わせて、半導体材料上に望ましい所定のパターンの照射スポットを形成する。異なるバーストについて、異なるパターンの照射スポットを形成すること、換言すれば、第1のバーストに関する照射スポットのパターンが、次のバーストに関する照射スポットのパターンと異なるように、連続するバーストのレーザービームパルスが分離されることが有利でありうる。この効果は、複数の方法で、例えば、第2のバーストについて異なるDOEを選択することによって、またはバースト間で空間フィルター26を調整することによって達成されうる。この技術の改良において、連続するバーストにおいて生成される照射スポットは、半導体材料の異なるカッティングラインを照射するために、それぞれ空間的に離隔されうる。このようにすると、第1のバーストはメインカットラインを生成するために使用することができ、その一方、後続のバーストはメインカットラインに平行して、しかし離隔されたトレンチラインを生成するために使用することができる。
As mentioned above, the
前述の実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲内のその他の可能性及び代替は、当業者には明らかであろう。例えば、前述の具体的な実施形態では、半導体材料と照射レーザービームパルスとの間の相対移動は、レーザー光学系を静止した状態に保ちつつ、半導体材料を動かすことによってなされるが、代替的な実施形態では、相対運動は、半導体材料を静止した状態に保ちつつ、レーザー及び/もしくはレーザー光学系を移動させることによって提供されてもよく、または代替的に、半導体材料並びにレーザー及び/もしくはレーザー光学系の両方が移動されてもよい。 The above embodiments are merely exemplary, and other possibilities and alternatives within the scope of the present invention will be apparent to those skilled in the art. For example, in the specific embodiment described above, the relative movement between the semiconductor material and the irradiating laser beam pulse is made by moving the semiconductor material while keeping the laser optics stationary, but alternative. In embodiments, relative motion may be provided by moving the laser and / or laser optics while keeping the semiconductor material stationary, or alternatives to the semiconductor material and the laser and / or laser optics. Both systems may be moved.
前述の具体的な実施形態において、個々のレーザービームパルスは、USPレーザーを使用することによって生成される。しかし、例えば、レーザービーム経路内に連続的に配置された複数のブロッキング素子を有する高速回転するホイールを用いて、個々のパルスを生成する外部ビームチョッピング機構を使用することも、理論的には可能である。 In the specific embodiments described above, the individual laser beam pulses are generated by using a USP laser. However, it is theoretically possible to use an external beam chopping mechanism that generates individual pulses, for example, using a fast rotating wheel with multiple blocking elements arranged continuously in the laser beam path. Is.
10 レーザーカッティング装置
11 ウェハ
13 チャック
14 駆動部
15 USPレーザー光源
16 レーザービーム
17、20、24、25、28 ミラー
18 減衰器/シャッター
19 モーター駆動される半波板
21 ビーム拡張器
22 回折光学素子
23、27、29 レンズ
26 空間フィルタ
10
Claims (15)
i)レーザービームの連続するパルスを放出するように適合されたレーザー光源を提供する段階と、
ii)前記レーザー光源からレーザービームパルスを放出する段階と、
iii)カットされる半導体材料に照射するために、前記放出されたレーザービームパルスを案内する段階と、
iv)カッティングラインに沿って前記半導体材料をカットするために、前記半導体材料を前記照射するレーザービームパルスに対して移動させる段階と、を含み、
前記レーザー光源が、100ピコ秒以下のパルス幅を有するレーザービームパルスを放出するように適合され、
段階iii)において、前記半導体材料が、0.1GHzから5000GHzの範囲のパルス反復周波数で、複数のレーザービームパルスで照射される、半導体材料をカッティングし、
前記複数のレーザービームパルスが、少なくとも2つの連続するパルスのバースト内で放出され、各バーストが複数のレーザービームパルスを含み、
前記方法が、連続するバーストが異なるパルス反復周波数を有するように、前記レーザー光源を制御すること及び異なるバーストの前記レーザービームパルスが、異なるレーザービーム偏光状態を有するように、前記放出されたレーザービームパルスの偏光を制御することの少なくとも1つの段階を含む、方法。 It is a method of cutting a semiconductor material by irradiating the semiconductor material with laser energy.
i) To provide a laser light source adapted to emit a continuous pulse of a laser beam, and
ii) The stage of emitting a laser beam pulse from the laser light source and
iii) In order to irradiate the semiconductor material to be cut, the step of guiding the emitted laser beam pulse and
iv) Including a step of moving the semiconductor material with respect to the irradiating laser beam pulse in order to cut the semiconductor material along a cutting line.
The laser light source is adapted to emit a laser beam pulse with a pulse width of 100 picoseconds or less.
In step iii), the semiconductor material is cut by irradiating the semiconductor material with a plurality of laser beam pulses at a pulse repetition frequency in the range of 0.1 GHz to 5000 GHz.
The plurality of laser beam pulses are emitted within bursts of at least two consecutive pulses, each burst containing multiple laser beam pulses.
The method controls the laser light source so that successive bursts have different pulse repetition frequencies and the emitted laser beam so that the laser beam pulses of different bursts have different laser beam polarization states. A method comprising at least one step of controlling the polarization of a pulse.
i)レーザービームの連続するパルスを放出するように適合されたレーザー光源を提供する段階と、i) To provide a laser light source adapted to emit a continuous pulse of a laser beam, and
ii)前記レーザー光源からレーザービームパルスを放出する段階と、ii) The stage of emitting a laser beam pulse from the laser light source and
iii)カットされる半導体材料に照射するために、前記放出されたレーザービームパルスを案内する段階と、iii) In order to irradiate the semiconductor material to be cut, the step of guiding the emitted laser beam pulse and
iv)カッティングラインに沿って前記半導体材料をカットするために、前記半導体材料を前記照射するレーザービームパルスに対して移動させる段階と、を含み、iv) Including a step of moving the semiconductor material with respect to the irradiating laser beam pulse in order to cut the semiconductor material along a cutting line.
前記レーザー光源が、100ピコ秒以下のパルス幅を有するレーザービームパルスを放出するように適合され、The laser light source is adapted to emit a laser beam pulse with a pulse width of 100 picoseconds or less.
段階iii)において、前記半導体材料が、0.1GHzから5000GHzの範囲のパルス反復周波数で、複数のレーザービームパルスで照射される、半導体材料をカッティングする方法であって、In step iii), a method of cutting a semiconductor material, wherein the semiconductor material is irradiated with a plurality of laser beam pulses at a pulse repetition frequency in the range of 0.1 GHz to 5000 GHz.
前記複数のレーザービームパルスが、少なくとも2つの連続するパルスのバースト内で放出され、各バーストが複数のレーザービームパルスを含み、The plurality of laser beam pulses are emitted within bursts of at least two consecutive pulses, each burst containing multiple laser beam pulses.
段階iii)が、前記半導体材料上に照射スポットのパターンを生成するために、前記レーザービームパルスを複数の空間的に離隔されたサブビームに分割する段階を含み、第1のバーストに関する照射スポットのパターンが、次のバーストに関する照射スポットのパターンと異なるように、連続するバーストの前記レーザーパルスが分割される、方法。Step iii) comprises splitting the laser beam pulse into a plurality of spatially spaced sub-beams to generate a pattern of irradiation spots on the semiconductor material, the pattern of irradiation spots with respect to the first burst. A method in which said laser pulses in successive bursts are split so that they differ from the pattern of irradiation spots for the next burst.
カットされる半導体材料を照射するために、前記レーザー光源からの前記レーザービームパルスを方向付けるためのレーザービーム案内アセンブリと、
前記半導体材料及び前記照射するレーザービームパルスを相対的に移動させるための駆動アセンブリと、を含む、半導体材料をカッティングするためのレーザーカッティング装置であって、
前記レーザーカッティング装置が、連続するバーストが異なるパルス反復周波数を有するように、前記レーザー光源を制御すること、及び異なるバーストの前記レーザービームパルスが、異なるレーザービーム偏光状態を有するように、前記放出されたレーザービームパルスの偏光を制御することの少なくとも1つを行うように動作可能である、レーザーカッティング装置。 A laser light source adapted to emit continuous pulses of laser beam, where each laser beam pulse has a pulse width of 100 picoseconds or less, and the laser beam pulse is a pulse in the range of 0.1 GHz to 5000 GHz. With a laser source, which has a repetition frequency,
A laser beam guidance assembly for directing the laser beam pulse from the laser light source to irradiate the semiconductor material to be cut.
A laser cutting apparatus for cutting a semiconductor material, comprising the semiconductor material and a drive assembly for relatively moving the irradiated laser beam pulse .
The laser cutting device controls the laser light source so that successive bursts have different pulse repetition frequencies, and the emitted laser beam pulses of different bursts have different laser beam polarization states. A laser cutting device that is capable of performing at least one of controlling the polarization of a laser beam pulse.
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US16/163,767 US10615044B1 (en) | 2018-10-18 | 2018-10-18 | Material cutting using laser pulses |
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